Зависимость силы тока от напряжения для 8 класса

Электроток представляет собой упорядоченное перемещение электрических зарядов. Его направление совпадает с направлением движения частиц, имеющих положительный заряд. Следует помнить, что перемещение зарядов возможно только в случае, когда присутствует электрополе, создаваемое в проводнике благодаря приложенному к его концам напряжению. Учащимся 8 класса предстоит разобраться с зависимостью силы тока от напряжения.

Оглавление:

• Сила тока
• Закон Ома
• Единицы измерения

Сила тока

Силой тока (I) называется физическая величина, равная показателю заряда (q), прошедшего через проводник за единицу времени (t). Она определяется по формуле — I = q / t. Если отсутствует зависимость силы тока от времени, то такой электроток называется постоянным. Так как измерить показатель заряда сложно, физик из Германии Георг Ом в 1826 году решил поступить следующим образом:

• Им была создана электроцепь, состоящая из батареи и сопротивления.
• Ученый измерил значение силы электротока при различных показателях сопротивления R.
• Затем, оставив без изменения сопротивление, Ом стал менять показатели источника питания.
• Последующие измерения силы тока показали связь этой величины с сопротивлением и разницей потенциалов (U).

Эксперимент немецкого ученого оказал сильное влияние на дальнейшее развитие физики и электротехники. Благодаря его исследованиям, можно точно сказать, от чего зависит сила тока в цепи.

Закон Ома

Во время своих исследований Георг Ом установил, что отношение разности потенциалов (U), приложенных к концам проводника из металла, представляющего собой участок электроцепи, к силе электротока (I) является величиной постоянной. Благодаря этому, появился закон Ома, выражаемый следующей формулой — R = U / I. В ней литерой R обозначается сопротивление проводника.

С этого момента закон Ома является главным инструментом для расчета при проектировании электроцепей и электронных схем. Так как разность потенциалов (U) является работой, затраченной на перемещение заряда в 1 Кл, то можно получить формулу для определения мощности — P = I * U.

Зависимость тока от напряжения можно представить в графическом виде. Для этого на оси абсцисс следует отметить показатели разницы потенциалов, а на оси ординат — силы электротока. В результате будет видно, что эта зависимость носит линейный характер. При этом угол наклона прямой зависит от показателя R — чем больше это значение, тем меньшим окажется угол.

Аналогичным образом можно построить и график зависимости силы тока от сопротивления. С его помощью легко проиллюстрировать, что связь между этими величинами является обратно пропорциональной. В этом случае вместо прямой линии на графике будет присутствовать гипербола.

Закон Ома не работает при больших показателях силы электротока. Это связано с появлением дополнительных эффектов, связанных с резким ростом температуры проводящего материала. В газообразных веществах при большом токе наблюдается пробой, и показатель этой величины начинает увеличиваться лавинообразно.

Во время экспериментов было установлено, что сопротивление проводника находится в прямой зависимости от его длины (L) и в обратной — от площади поперечного сечения (S). Для определения этой физической величины используется следующая формула — R = ρ * (L / S). В ней литерой ρ обозначается показатель удельного сопротивления проводящего материала.

Следует помнить, что для полной цепи используется другая формула — I = E /(R + r). В ней присутствуют следующие величины:

• E — электродвижущая сила (ЭДС);
• R — внешнее сопротивление;
• I — сила тока;
• r — внутреннее сопротивление.

Сумма значений R и r представляет собой показатель полного сопротивления всей цепи. Закон Ома для переменного электротока выглядит иначе. Это связано с тем, что в основную формулу, кроме активного сопротивления R, добавляется еще индуктивное и емкостное. Они обозначаются соответственно XL и XC. Кроме этого, для расчета силы тока используется еще одна величина — циклическая частота сети (ω). Для ее определения используется формула — ω = 2πf, где f представляет собой частоту конкретной сети. Более подробно этот вопрос изучается в старших классах.

Единицы измерения

В СИ (международная система единиц) для измерения сопротивления применяется «Ом». Согласно определению, сопротивлением в 1 Ом обладает участок цепи, на котором при силе электротока в 1 А падение напряжения составляет 1 В.

Несколько сложнее обстоит дело с удельным сопротивлением. Единица для измерения этой величины является производной от входящих в формулу величин. В соответствии с системой СИ, ρ=1, если сопротивление проводника составляет 1 Ом, при его длине в 1 м и площади поперечного сечения 1 м². Однако на практике у проводников площадь поперечного сечения в большинстве случаев не достигает отметки в м². Чтобы результаты расчетов выглядели более компактно, было принято решение использовать единицу измерения площади в мм².

Учащимся в рамках занятия предстоит узнать зависимость силы электротока от разности потенциалов и сопротивления на участке цепи. Кроме этого, они познакомятся с новой величиной — удельным сопротивлением проводящего материала и ее единицей измерения.